Isotop Uranium Mengungkap Rahasia Stabilitas Nuklir

Isotop uranium paling ringan hingga saat ini dibuat di China, dan para peneliti percaya itu dapat membantu memahami kekuatan nuklir kompleks yang bermain di dalam sebuah atom saat ia meluruh.

Bekerja di Fasilitas Penelitian Ion Berat di Lanzhou, Cina, tim kolaborator internasional yang dipimpin oleh Zhiyuan Zhang menggunakan akselerator partikel untuk menembakkan ion argon ke target tungsten, berharap dapat membuat isotop uranium dengan neutron yang jauh lebih sedikit daripada biasanya. Ketika mereka memisahkan produk reaksi, tim menemukan isotop yang sebelumnya tidak diketahui, uranium-214, yang hanya memiliki 122 neutron, 24 neutron lebih sedikit daripada isotop uranium yang paling melimpah, uranium-238.

Ada 254 isotop stabil yang ada di alam di Bumi, tetapi lebih dari 3.300 telah diidentifikasi melalui eksperimen dalam akselerator partikel. Ini adalah hasil dari fusi nuklir karena pecahnya partikel bersama-sama, atau pecahnya isotop "anak" dari ciptaan yang tidak stabil dan radioaktif ini. Biasanya, ini melibatkan peluruhan alfa, di mana inti kehilangan partikel alfa (dua proton dan dua neutron), terdegradasi menjadi elemen yang lebih ringan.

Dengan mengukur rantai peluruhan alfa uranium-214, yang melihat atom baru terurai menjadi isotop thorium, radium, dan radon yang diketahui sebelumnya, tim dapat menentukan waktu paruh uranium-214 hanya pada 0, 52 ms. Tim juga mampu mengkarakterisasi lebih baik rantai peluruhan dua isotop uranium lain yang diketahui sebelumnya, uranium-216 dan uranium-218.

Tetapi penciptaan isotop baru hanyalah bagian dari percobaan. Waktu paruh isotop dipengaruhi oleh jumlah proton dan neutronnya, dengan stabilitas yang lebih besar diamati di sekitar apa yang disebut "bilangan ajaib", seperti jumlah neutron 126. Namun, interaksi antara proton dan neutron dalam nukleus kurang dipahami dengan baik. , terutama untuk unsur-unsur yang lebih berat daripada timbal, dan para peneliti berharap untuk mengukur bagaimana ini mempengaruhi pembentukan partikel alfa.

Tim mencatat bahwa, ketika atom uranium meluruh, perubahan lebar uranium-214 dan uranium-216 dua kali lipat dari yang diharapkan, menunjukkan interaksi monopolar yang kuat antara proton dan neutron atom, yang meningkatkan kemungkinan peluruhan alfa. Pengamatan ini dapat memberi para peneliti masa depan ide yang lebih baik tentang bagaimana nukleus terurai dan membentuk partikel alfa, memajukan pemahaman kita tentang struktur nuklir.

Thomas Albrecht-Schönzart, seorang profesor kimia aktinida di Florida State University di Amerika Serikat, menggambarkan pekerjaan itu sebagai "mendorong pemahaman kita tentang stabilitas nuklir lebih jauh dari sebelumnya." "Hasil sebenarnya adalah penjelasan tentang stabilitas isotop yang sangat miskin neutron ini melalui interaksi monopolar yang kuat antara pasangan spin-orbit proton dan neutron," katanya. "Dari sudut pandang ahli radiokimia, kemampuan untuk secara akurat menentukan waktu paruh isotop dalam durasi pendek ini juga luar biasa."

Namun, Witold Nazarewicz, seorang profesor fisika di Michigan State University di Amerika Serikat, mendesak agar berhati-hati, mencatat bahwa tingkat ketidakpastian eksperimental tim menunjukkan lebih banyak pekerjaan diperlukan. "Penemuan isotop baru jelas merupakan hal yang menyenangkan, tetapi saya tidak berpikir mereka dapat mengatakan sesuatu yang mendalam tentang interaksi proton-neutron," katanya.